CN104902985A - 膜元件及膜元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜元件及膜元件的制造方法，通过与过滤膜的过滤板的融合姿态，从而能够以简单的结构来提高耐疲劳强度，并且降低成本。通过过滤膜(10)的周缘的接合部(11)来与热塑性树脂制的过滤板(9)的表面接合，所述接合部(11)的至少内缘部(P1)相对内侧的过滤板表面(P2)朝向过滤膜(9)的周缘端(P3)形成10度以上45度以下的梯度，利用具有这样的倾斜面部的加热板或超声波焊头来按压融合。

Description

膜元件及膜元件的制造方法

技术领域

本发明涉及膜元件及膜元件的制造方法。

背景技术

作为污水净化处理等水处理设备所使用的固液分离装置，优选使用浸没式膜分离装置。所述浸没式膜分离装置收容有多个平板状膜元件，所述膜元件包括树脂制的过滤板和使周缘与过滤板的两面接合而成过滤膜。

专利文献1公开了膜组件的制造方法，其目的在于，防止过滤膜与过滤板之间的粘接不均匀，提高粘接效率，确保膜组件的气密性，其特征在于，使用有机过滤膜覆盖有机复合材料膜支撑体的表面，通过局部加热，使两者在有机过滤膜的周缘部融合。

专利文献2公开了浸没式膜元件的制造方法，其目的在于，能够提高对于曝气的耐久性的浸没式膜元件。

该浸没式膜元件的制造方法的特征在于，在树脂制的过滤板上，使双重线状的密封部和带状的辅助部从过滤板的表面突出，并且沿着过滤板的周缘部在整个圆周上一体地成形，使位于内侧的密封部形成为比位于外侧的密封部低，使位于外侧的密封部和位于周缘的辅助部形成为相同高度，然后在过滤板的表面上覆盖密封部双方及辅助部的而配置过滤膜，并且从过滤膜的上方向密封部双方及辅助部按压上下升降的焊头(ホーン)，从上下升降的焊头输出超声波来使过滤膜与密封部双方及辅助部熔接，在密封部双方形成直线状的止水部来使过滤膜保持处于紧张状态，并且在辅助部形成辅助熔接接部。

专利文献3公开了膜元件，其目的在于，在膜发生断裂或劣化时，再利用热塑性树脂制过滤板进行重新贴膜，其特征在于，将由合成树脂纤维形成的无纺布作为支撑体，将形成有微孔的微孔性过滤膜与热塑性树脂制过滤板的周缘的平滑面接合。

专利文献1至3公开的膜元件都是过滤膜的与过滤板融合的融合面形成为与过滤板表面平行的平面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平06-218240号公报

专利文献2：JP特开2001-120958号公报

专利文献3：JP特开2006-231139号公报

发明内容

发明所要解决的课题

一般情况下，平板状的膜元件在过滤运转中因抽吸压力或自然压头而维持过滤膜与过滤板贴合的状态，在停止过滤的状态下仅进行散气的松弛中，膜以多多少少鼓出的状态摆动，在从过滤膜的二次侧注入药液或清水的反压清洗时，膜维持鼓出的状态。

但是，实际上，过滤运转中的抽吸压力为10kPa左右，相对较小，膜元件因来自下方的散气而产生的升流而激烈地振动，过滤膜不能完全跟随过滤板的振动而反复与过滤板分离或接触。

如果反复进行过滤膜从过滤板鼓出或贴合动作，导致出现过滤膜在与过滤板的接合部残生疲劳而产生膜断裂或膜剥离的问题。

于是，在上述专利文献2中公开了一种过滤板的结构，其为了避免这样的疲劳引起的膜断裂或膜剥离，使双重线状的密封部和带状的辅助部以从过滤板的表面鼓出的方式沿着过滤板的周缘部在整个圆周上一体地成形，使位于内侧的密封部比位于外侧的密封部低。

但是，如果利用这样复杂形状的过滤板来对过滤膜进行融合处理，则存在各种制造成本增加的问题，因此，在降低成本且提高抗振动等的耐疲劳强度方面还有改进的余地。

鉴于上述问题，本发明着眼于过滤膜与过滤板的融合姿态，目的在于提供一种以简单的结构来提高耐疲劳强度并且降低成本的膜元件及膜元件的制造方法。

用于解决课题的方案

为了达到上述目的，本发明的膜元件为通过使过滤膜在其周缘的接合部与热塑性树脂制的过滤板的表面接合而成，该膜元件的第一特征在于，在所述接合部中，至少内缘部相对内侧的过滤板表面朝向过滤膜的周缘端向下倾斜。

根据上述结构，由于至少接合部的内缘部相对其内侧的过滤板表面朝向过滤膜的周缘端向下倾斜，因此，即使在相同的过滤膜的鼓出状态下，与接合部的内侧的过滤板表面与平行或共面的内缘部相比，相对内缘部的过滤膜的鼓出角度相对较小，与此对应地能够降低作用于过滤膜的接合部的弯曲应力，其结果，能够提高耐疲劳强度。

在上述第一结构特征的基础上，本发明的第二结构特征结在于，所述向下倾斜的倾斜度为10度以上50度以下。

向下倾斜的倾斜度为10度以上50度以下时，能够有效地抑制在接合部产生过滤膜的弯曲。

在上述第一结构特征的基础上，本发明的第三结构特征在于，所述向下倾斜的倾斜度为15度以上35度以下。

在向下倾斜的倾斜度为15度以上35度以下时，能够进一步有效地抑制在接合部产生过滤膜的弯曲。

本发明提供一种膜元件的制造方法，其中膜元件为通过使过滤膜在其周缘的接合部与热塑性树脂制的过滤板表面接合而成，所述制造方法的第一特征在于，利用具有倾斜部的按压工具，在过滤膜的周缘被夹持的状态下按压所述过滤板而接合，使得在所述接合部中至少内缘部相对内侧的过滤板表面朝向过滤膜的周缘端向下倾斜。

作为按压工具，使用例如加热板、超声波焊头或采用了其他方法的工具，在利用形成于所述按压工具的倾斜部的作用使过滤膜的周缘与软化或熔融的过滤板接合时，接合部的内缘部相对其内侧的过滤板表面朝向过滤膜的周缘端向下倾斜。

在上述膜元件的制造方法的第一特征的基础上，所述膜元件的制造方法的第二特征在于，对应于所述接合部的过滤板表面在接合前处于非向下倾斜的状态。

由于对应于接合部的过滤板的表面在接合前的状态下并不是向下倾斜，而是在接合后向下倾斜，因此，即使加热板、超声波焊头或者其他方法对过滤板产生的温度发生变化等而接合条件发生变动，由于以在接合时向下倾斜的方式热变形量在接合宽度之间不一样，因此能够在所述接合宽度之间确保过滤板和过滤膜以充分的接合强度进行接合的区域。

例如，当接合前平坦的过滤板在接合后向下倾斜时，由于在接合宽度的外缘被供给最大的加热热量，而在接合宽度的内缘被供给最小的加热热量，因此，在外缘与内缘之间任意区域以充分的接合强度进行接合的可能性很高。

在上述膜元件的制造方法的第一或第二特征的基础上，所述膜元件的制造方法的第三特征在于，所述按压工具的倾斜部设定为所述向下倾斜的倾斜度为10度以上50度以下。

在上述膜元件的制造方法的第一或第二特征的基础上，所述膜元件的制造方法的第四特征在于，所述按压工具的倾斜部设定为所述向下倾斜的倾斜度为15度以上35度以下。

发明效果

如上所述，本发明着眼于过滤膜与过滤板的融合姿态，能够提供以简单的结构来提高耐疲劳强度并且降低成本额膜元件及膜元件的制造方法。

附图说明

图1是污水处理装置的说明图。

图2是膜分离装置的说明图。

图3是膜元件的说明图

图4的(a)是本发明的膜元件的主要部分截面的说明图，图4的(b)是现有的膜元件的主要部分截面的说明图。

图5的(a)是本发明的膜元件的制造方法的说明图，图5的(b)和图5的(c)是本发明的其他实施方式的膜元件的制造方法的说明图。

图6的(a)、图6的(b)、图6的(c)是本发明的其他实施方式的膜元件的制造方法的说明图。

具体实施方式

以下，对本发明的膜元件及膜元件的制造方法进行说明。如图1所示，采用膜分离活性污泥法的污水处理设备1包括：预处理设备2、流量调整槽3、浸渍配置有膜分离装置6的膜分离槽4、处理水槽5。

在预处理设备2中设置有用于去除混入成为被处理水的原水中的杂物等异物的格栅(bar screen)2a等，通过格栅2a等来去除了异物的原水存储在流量调整槽3。此外，还设置有泵P、阀等流量调整机构，以便在原水的流入量发生变化的情况下，也能够从流量调整槽3向膜分离槽4稳定地供给恒定流量的原水。

在填充有活性污泥的膜分离槽4中，原水中的有机物经过活性污泥的生物处理被分解，并且经由膜分离装置6过滤的透过水被引导至处理水槽5并被暂时储存，之后再被放出等。在膜分离槽4b增殖的剩余污泥向槽外排出而废弃，从而保持恒定的污泥浓度。

如图2所示，膜分离装置6构成为，在上下开口的膜壳7的内部，以各膜面呈纵向姿态且以6mm到10mm左右(本实施例为8mm)的恒定间隔隔开地排列有100片的板状膜元件8。在膜壳7的下方设置有散气装置12。

散气装置12包括形成有多个散气孔的散气管13，所述散气装置12经由与散气管13连接的散气集管14与设置在槽外的鼓风机15连接。

膜元件8经由集水管17与设置在槽外的作为差压产生机构的泵18连接，使得槽内的被处理水透过膜元件8的膜面而抽吸过滤。

如图3所示，膜元件8构成为，在高1000mm×宽490mm的ABC树脂等热塑性树脂制的过滤板9的表里两面上配置有过滤膜10，过滤膜10的周缘的接合部11通过超声波或热熔接与过滤板9接合，或者使用粘接剂等与过滤板9粘接结合。

过滤膜10是在由例如PET制的无纺布形成的支撑体10a上涂布或浸渍具有多孔的树脂而成且形成有平均孔径约为0.2μm的微多孔膜10b的有机过滤膜。

在过滤板9的表面沿长度方向形成有多条深度为2mm、宽度为2mm左右的沟槽部9b，在其上端部形成有用于连通各沟槽部9b的水平沟槽部9c。形成在表里两面的水平沟槽部9c通过连通孔9d被连通并与形成在过滤板9的上边部的喷嘴9a连通。

如图2所示，各喷嘴9a通过导管16与集水管17连接，集水管17与泵18连接，被泵18抽吸的透过水输送到处理水槽5。

通过驱动这样的膜分离装置6的散气装置12及泵18，进行使用过滤膜10过滤被处理水而得到设定流量的透过水的过滤运转。

然后，例如定期地或者当过滤运转中的抽吸压力变高时，为了保持槽内的活性污泥的形状并且防止过滤膜10污染，进行在使泵18停止的状态下只使散气装置12工作的松弛运转。

另外，定期地或者当松弛运转后的抽吸压力变高时，进行经由集水管17向各膜元件8注入药液而清洗过滤膜10的药液清洗工序。

在过滤运转中，膜元件8因为来自下方的散气的升流而激烈地振动，过滤膜10不跟随过滤板9的振动而反复进行与过滤板9分离或接触的动作，在泵18停止的松弛运转中，膜元件8的过滤膜10以从过滤板9多多少少鼓出的状态，因来自下方的散气的升流而大幅度地摆动，在药液清洗时，膜持续维持鼓出的状态。例如，在所述的药液清洗等时，过滤膜10以从过滤板呈50度左右的仰角从接合部鼓出。

由于相对过滤板9从密接状态变为分离状态的姿态变动或者与之相反的姿态变动，在过滤膜10的接合部产生较大的应力，并且这种应力随着时间的推移在反复施加在接合部上时，可能过滤膜在接合部产生疲劳而断裂或剥离。

于是，如图4的(a)的左图所示，在所述膜元件8中，过滤膜10在其周缘的接合部11与过滤板9的表面接合，在接合部11中，至少内缘部P1相对其内侧的过滤板9的表面P2朝向过滤膜10的周缘端P3向下倾斜。

如图4的(a)的右图所示，在接合部11中，只要至少内缘部P1相对其内侧的过滤板9的表面P2朝向过滤膜10的周缘端P3向下倾斜，过滤膜10相对内缘部P1的鼓出角度，即相对图中的用双点划线表示的过滤膜10(A)的内缘部P1的上升角度θ，与内缘部和接合部11的内侧的过滤板表面P2平行或共面时相比相对较小，与之相应地能够降低作用在过滤膜10的接合部11上的因过滤膜的弯曲引起的弯曲应力。需要说明的是，也可以使接合部11的宽度方向的整体相对内侧的过滤板表面P2向过滤膜10的周缘端P3向下倾斜。

在图4的(b)的右图中示出了接合部11的内缘部P1相对其内侧的过滤板表面P2形成共面或平行的姿态的现有结构。即使是在图中用双点划线表示的过滤膜10(B)的接合部11的内侧从过滤板9的表面以上升角度2θ鼓出的情况，只要采用图4的(a)的结构，就能够将弯曲应力降低到与以上升角度θ鼓出时同等的弯曲应力，能够提高抗劳损强度。

所述的向下倾斜的倾斜度优选为10度以上50度以下，进一步优选为15度以上30度以下。当所述倾斜度为10度以上50度以下时，能够有效地抑制在接合部11发生过滤膜10的弯曲，当15度以上30度以下时，能够进一步抑制在接合部11发生过滤膜10的弯曲。并且，这样的接合部11的向下倾斜的倾斜度区域的宽度优选设置在1mm到10mm的范围内。

在过滤膜10的周缘被夹持的状态下，将加热到规定温度的加热板或超声波焊头按压在过滤板9上，由此能够使过滤膜10与过滤板9熔接接合。除了加热板或超声波焊头以外，也可以采用例如从加热构件的前端喷射过热蒸汽等高温气体的方法等。此外，也可以使用粘接剂与过滤板9粘接接合。

在采用后者的情况下，预先将过滤板9中成为接合部11的区域的内缘部形成为相对内侧的过滤板9表面朝向过滤膜10的周缘端向下倾斜的倾斜部即可。

在前者的情况下，加热板、超声波焊头或加热构件以其至少内缘部相对内侧的过滤板表面朝向过滤膜的周缘端向下倾斜的方式具有倾斜部即可。

例如，如图5的(a)所示，将前端的截面具有规定的倾斜角度的加热板或超声波焊头20从上方向过滤板9表面按压，由此能够使过滤膜10与过滤板9熔接接合。

此外，可以使用如图6的(a)所示的前端的截面以规定的倾斜角度形成为V形的加热板或超声波焊头20，也可以使用如图6的(b)所示的只有接合部11的内缘部具有规定的倾斜角度而其他部位平坦的加热板或超声波焊头20，还也可以使用如图6的(c)所示的前端的截面为以规定的倾斜角度范围形成的凸曲面的加热板或超声波焊头20。

在图5的(a)中，示出了通过将加热板或超声波焊头20向表面形成为平坦的过滤板9按压，接合部11的内缘部相对其内侧的过滤板表面朝向过滤膜10的周缘端向下倾斜的例子。

在图5的(b)中，示出了在成为接合部11的过滤板9上形成上表面平坦的凸部，并且将加热板或超声波焊头20向所述凸部按压，由此接合部11的内缘部相对其内侧的过滤板表面朝向过滤膜10的周缘端向下倾斜的例子。

在图5的(c)中，示出了在成为接合部11的过滤板9上形成上表面朝向过滤膜10的周缘端向上倾斜的凸部，并且将加热板或超声波焊头20向所述凸部按压，由此接合部11的内缘部相对其内侧的过滤板表面朝向过滤膜10的周缘端向下倾斜的例子。

对应于接合部11的过滤板9表面优选为在接合前不是向下倾斜。由于对应于接合部11的过滤板9表面在接合前不是向下倾斜而在接合后向下倾斜，因此，即使加热板或超声波焊头20对过滤板9产生的温度发生变化等接合条件发生变动，在接合时为了形成向下倾斜而在接合宽度之间使热变形量以及与加热板或超声波焊头的接触时间不同，其结果，在所述接合宽度之间能够确保过滤板9和过滤膜10以充分的接合强度接合的区域。

例如，如图5的(a)所示，在接合前处于平坦状态的过滤板9在接合后向下倾斜时，加热时间及加热热量在接合宽度的外缘最大，而在内缘最小，因此，在外缘与内缘之间的任意区域以充分的接合强度进行接合的可能性高。

需要说明的是，在利用加热板或超声波焊头使过滤膜与过滤板接合的情况下，接合部的温度为形成过滤板的树脂的软化点以上且低于构成过滤膜的无纺布的熔点时，不仅能够保持过滤膜本身的强度，并且在过滤板上能够形成向下倾斜的倾斜度，因此优选之。

例如，在过滤板采用ABS树脂且构成过滤膜的无纺布采用PET树脂的情况下，优选温度为150℃以上且250℃以下，因此通过控制加热板或超声波焊头的输出以使接合部的温度达到150℃～250℃范围即可。

上述实施方式是本发明的一方式，该记载并不限定本发明，而且对过滤板和过滤膜的材料、大小、厚度，以及加热板或超声波焊头的前端形状、熔融温度等不做限定，在能够发挥本发明的作用的范围内可适当进行变更设计。

符号说明

9：过滤板

10：过滤膜

11：接合部

P1：接合部的内缘部

P2：内侧的过滤板表面

P3：过滤膜的周缘端

Claims (7)

1.一种膜元件，通过使过滤膜在其周缘的接合部与热塑性树脂制的过滤板的表面接合而成，其特征在于，

在所述接合部中，至少内缘部相对内侧的过滤板表面朝向过滤膜的周缘端向下倾斜。

2.根据权利要求1所述的膜元件，其特征在于，

所述向下倾斜的倾斜度为10度以上50度以下。

3.根据权利要求1所述的膜元件，其特征在于，

所述向下倾斜的倾斜度为15度以上35度以下。

4.一种膜元件的制造方法，该膜元件为通过使过滤膜在其周缘的接合部与热塑性树脂制的过滤板表面接合而成，所述制造方法的特征在于，

利用具有倾斜部的按压工具，在过滤膜的周缘被夹持的状态下按压所述过滤板而接合，使得在所述接合部中至少内缘部相对内侧的过滤板表面朝向过滤膜的周缘端向下倾斜。

5.根据权利要求4所述的膜元件的制造方法，其特征在于，

对应于所述接合部的过滤板表面在接合前处于非向下倾斜的状态。

6.根据权利要求4或5所述的膜元件的制造方法，其特征在于，

所述按压工具的倾斜部设定为所述向下倾斜的倾斜度为10度以上50度以下。

7.根据权利要求4或5所述的膜元件的制造方法，其特征在于，

所述按压工具的倾斜部设定为所述向下倾斜的倾斜度为15度以上35度以下。